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关于桩基的几个概念

 

 桩-土相对位移会在桩和土中产生剪切力。桩对土的剪切力和土对桩的剪切力是一对作用力和反作用力,大小相等,方向相反。桩与土的相对位移可以由桩主动产生,如竖向受压桩或竖向抗拔桩;也可以由桩周土体主动产生,如桩周土体受地表荷载、或地下水位的下降等下沉,桩也可能因为某种原因而上浮。桩-土相对位移产生的主动体不同,在同种条件下,桩-土间的剪应力大小和分布不同,产生的效果也不同。此外,外力作用的位置不同,引起桩-土相对位移发生变化,其间的剪切应力也不一样。
    我国多数规范对桩-土间剪切应力的称谓通常为“摩阻力”、“负摩阻力”,没有考虑到不同情况下桩-土间剪切应力的细微差别。国外称桩为主动体时产生的桩-土间剪切应力为正摩阻力(positive shaft resistance)、负摩阻力(negative shaft resistance),当桩周土体为主动体时,桩-土间剪切力称为正摩阻力(positive skin friction)、负摩阻力(negative skin friction)。事实上,桩为主动体和桩周土体为主动体时产生的桩-土间剪切应力是不同的,因而有必要对不同主动体产生的桩-土剪切应力确定专用术语,这对提高桩-土相互作用的认识,规范学术交流有促进作用。基于此,将桩作为主动体时,在桩体上产生的剪切应力方向向上者,称此剪切应力为正摩阻力,剪切应力方向向下者,即为负摩阻力;桩周土体为主动体时,作用在桩侧的剪切应力方向向下,称为负摩擦力,反之,称为正摩擦力。

    上述的观点早由外国著名桩基专家Bengt H.Fellenius在其专著Basics of Foundation Design(Electronic Edition,January 2006)www.Fellenius.net中有明确的阐述。

    承受负摩擦力桩基的几个关键概念:
    负摩擦力(negative skin friction): soil resistance act downwards along the pile shaft as a result of a downdrag and inducing compression in the pile
    下曳量(downdrag): the downward movement of a deep foundation unit due to negative skin friction and expressed in terms of settlement.从英文解释中我们可以知道downdrag是一个位移量,标准单位是m。
     下拉荷载(dragload): the load transferred to a deep foundation unit from negative skin friction。
     中性点(neutral plane): the point at which equilibium exists between the sum of the downward-acting permanent loads applied to the pile and dragload due to negative skin friction, and the sum of upward-acting positive shaft resistance and mobilised toe resistance. the neutral plane is also the point at which the relative movement between the pile and the soil is zero.
    上面的英文引自C.J.LEE的Numerical modelling of group effects on the distribution of dragloads in pile foundations[J].Geotechnique 52(5):325-335.
    从上面的负摩擦力几个最重要的概念中可以看出,我国《建筑桩基设计规范》(JGJ 94-2008)对负摩擦力的规定是相当的粗糙。对负摩擦力引起桩基存在的问题认识不是很清楚。负摩擦力对桩基工程产生的问题主要存在于桩基的沉降问题,而不是承载力问题。负摩擦力对桩基来说,相当于桩中的预应力,对桩基的承载力是没有影响的。至于在桩侧表面来涂抹沥青来降低桩基负摩擦力实际上同样会降低桩基的承载能力。
    桩基负摩擦力要分两种情况来考虑,即负摩擦力产生于竖向荷载施加之前和负摩擦力产生于竖向压桩荷载施加完之后两种情况。如果负摩擦力产生于竖向压桩荷载之前,竖向荷载施加完成,原来作用于桩基中的负摩擦力会减小甚至消失,在这种情况下,是否考虑负摩擦力问题要看负摩擦力产生的下拉荷载的大小和桩顶荷载的大小了。对于负摩擦力产生于桩顶荷载施加完之后,对桩基工程需要验算的主要是桩基的沉降和中性点位置桩材结构受力是否满足要求。

 

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